LTE mrežu nedavno je odobrio 3GPP konzorcij. Korištenjem takvog zračnog sučelja moguće je dobiti mrežu s neviđenim performansama u smislu maksimalne brzine prijenosa podataka, kašnjenja prosljeđivanja paketa i spektralne učinkovitosti. Autori kažu da pokretanje LTE mreže omogućuje fleksibilnije korištenje radio spektra, tehnologije s više antena, prilagodbu kanala, mehanizme rasporeda, organizaciju retransmisije podataka i kontrolu snage.
Pozadina
Mobilni širokopojasni pristup, koji se temelji na HSPA tehnologiji velike brzine paketnih podataka, već je postao široko prihvaćen od strane korisnika mobilne mreže. Međutim, potrebno je dodatno unaprijediti njihovu uslugu, npr. povećanjem brzine prijenosa podataka, minimiziranjem vremena kašnjenja, kao i povećanjem ukupnog kapaciteta mreže, budući da su zahtjevi korisnika zausluge takve komunikacije u stalnom su porastu. Upravo je u tu svrhu konzorcij 3GPP izradio specifikaciju HSPA Evolution i LTE radio sučelja.
Glavne razlike od ranijih verzija
LTE mreža se razlikuje od prethodno razvijenog 3G sustava po poboljšanim tehničkim karakteristikama, uključujući maksimalnu brzinu prijenosa podataka veću od 300 megabita u sekundi, kašnjenje prosljeđivanja paketa ne prelazi 10 milisekundi, a spektralna učinkovitost je postala mnogo više. Izgradnja LTE mreža može se izvoditi i u novim frekvencijskim pojasevima i u postojećim operaterima.
Ovo radijsko sučelje pozicionirano je kao rješenje na koje će operateri postupno prelaziti sa sustava standarda koji trenutno postoje, a to su 3GPP i 3GPP2. A razvoj ovog sučelja prilično je važna faza na putu formiranja standarda IMT-Advanced 4G mreže, odnosno nove generacije. Zapravo, LTE specifikacija već sadrži većinu značajki koje su izvorno bile namijenjene 4G sustavima.
Načelo organizacije radio sučelja
Radio komunikacija ima karakterističnu osobinu, a to je da kvaliteta radio kanala nije konstantna u vremenu i prostoru, već ovisi o frekvenciji. Ovdje je potrebno reći da se komunikacijski parametri relativno brzo mijenjaju kao rezultat višestaznog širenja radio valova. Kako bi se održala stalna brzina razmjene informacija preko radio kanala, obično se koristi niz metoda za minimiziranjeslične promjene, odnosno različite metode prijenosa raznolikosti. Istodobno, u procesu prijenosa informacijskih paketa, korisnici ne mogu uvijek primijetiti kratkoročne fluktuacije u bit rate. LTE mrežni način pretpostavlja kao osnovno načelo pristupa radiju ne smanjenje, već primjenu brzih promjena u kvaliteti radio kanala kako bi se osiguralo najučinkovitije korištenje radio resursa dostupnih u bilo kojem trenutku. To je implementirano u frekvencijskoj i vremenskoj domeni putem OFDM radio pristupne tehnologije.
LTE mrežni uređaj
Kakav je to sustav može se razumjeti samo razumijevanjem kako je organiziran. Temelji se na konvencionalnoj OFDM tehnologiji, koja uključuje prijenos podataka preko nekoliko uskopojasnih podnosača. Korištenje potonjeg u kombinaciji s cikličkim prefiksom omogućuje komunikaciju temeljenu na OFDM-u otpornom na vremenske disperzije parametara radio kanala, a također omogućuje praktički eliminaciju potrebe za složenim ekvilajzerima na strani prijema. Ova se okolnost pokazuje vrlo korisnom za organiziranje downlinka, jer je u ovom slučaju moguće pojednostaviti obradu signala od strane prijemnika na glavnoj frekvenciji, što omogućuje smanjenje troškova samog terminalnog uređaja, kao i kao snaga koju on troši. A to postaje posebno važno kada koristite 4G LTE mrežu zajedno s višestrukim strujanjem.
Uspon, gdje je snaga zračenja znatno niža nego u downlink, zahtijeva obavezno uključivanje u radenergetski učinkovit način prijenosa informacija za povećanje područja pokrivenosti, smanjenje potrošnje energije prijemnog uređaja, kao i njegovu cijenu. Provedene studije dovele su do činjenice da se sada za uplink LTE koristi jednofrekventna tehnologija za emitiranje informacija u obliku OFDM s disperzijom koja odgovara zakonu diskretne Fourierove transformacije. Ovo rješenje osigurava niži omjer prosječne i maksimalne razine snage u usporedbi s konvencionalnom modulacijom, što poboljšava energetsku učinkovitost i pojednostavljuje dizajn terminalnih uređaja.
Osnovni resurs koji se koristi u prijenosu informacija u skladu s ODFM tehnologijom može se prikazati kao vremensko-frekvencijska mreža koja odgovara skupu OFDM simbola, i podnositeljima u vremenskoj i frekvencijskoj domeni. LTE mrežni način pretpostavlja da se ovdje kao glavni element prijenosa podataka koriste dva bloka resursa, koji odgovaraju frekvencijskom pojasu od 180 kiloherca i vremenskom intervalu od jedne milisekundi. Širok raspon brzina podataka može se ostvariti kombiniranjem frekvencijskih resursa, postavljanjem komunikacijskih parametara uključujući brzinu koda i odabir redoslijeda modulacije.
Specifikacije
Ako uzmemo u obzir LTE mreže, što je to, bit će jasno nakon određenih objašnjenja. Kako bi postigli visoke ciljeve postavljene za radijsko sučelje takve mreže, njezini su programeri organizirali niz prilično važnihtrenutke i funkcionalnost. Svaki od njih bit će opisan u nastavku, s detaljnim naznakom kako utječu na važne pokazatelje kao što su kapacitet mreže, radio pokrivenost, vrijeme kašnjenja i brzina prijenosa podataka.
Fleksibilnost u korištenju radio spektra
Zakonodavne norme koje djeluju u određenoj geografskoj regiji utječu na to kako će se organizirati mobilna komunikacija. To jest, oni propisuju radijski spektar dodijeljen u različitim frekvencijskim rasponima nesparenim ili uparenim pojasevima različitih širina. Fleksibilnost korištenja jedna je od najvažnijih prednosti LTE radio spektra, što mu omogućuje korištenje u različitim situacijama. Arhitektura LTE mreže omogućuje ne samo rad u različitim frekvencijskim pojasevima, već i korištenje frekvencijskih pojaseva različitih širina: od 1,25 do 20 megaherca. Osim toga, takav sustav može raditi u neuparenim i uparenim frekvencijskim pojasevima, podržavajući vremenski i frekvencijski dupleks, respektivno.
Ako govorimo o terminalnim uređajima, onda kada se koriste upareni frekvencijski pojasevi, uređaj može raditi u punom ili poludupleksnom načinu rada. Drugi način rada, u kojem terminal prima i prenosi podatke u različito vrijeme i na različitim frekvencijama, atraktivan je po tome što značajno smanjuje zahtjeve za karakteristikama duplex filtera. Zahvaljujući tome, moguće je smanjiti troškove terminalnih uređaja. Osim toga, postaje moguće uvesti uparene frekvencijske pojaseve s malim dupleksnim razmakom. Ispada da mrežeLTE mobilne komunikacije mogu se organizirati u gotovo bilo kojoj distribuciji frekvencijskog spektra.
Jedini izazov u razvoju tehnologije pristupa radiju koja omogućuje fleksibilno korištenje radio spektra je učiniti komunikacijske uređaje kompatibilnim. U tu svrhu, LTE tehnologija implementira identičnu strukturu okvira u slučaju korištenja frekvencijskih pojaseva različitih širina i različitih dupleksnih načina.
prijenos podataka s više antena
Upotreba multi-antenskog emitiranja u sustavima mobilne komunikacije omogućuje poboljšanje njihovih tehničkih karakteristika, kao i proširenje njihovih mogućnosti u smislu pretplatničke usluge. Pokrivenost LTE mrežom uključuje korištenje dvije metode prijenosa s više antena: diverzitet i multi-stream, čiji je poseban slučaj formiranje uskog radio snopa. Raznolikost se može smatrati načinom za izjednačavanje razine signala koji dolazi s dvije antene, što vam omogućuje da eliminirate duboke padove u razini signala koji se primaju sa svake antene zasebno.
Pogledajmo pobliže LTE mrežu: što je to i kako koristi sve ove načine rada? Raznolikost prijenosa ovdje se temelji na metodi prostorno-frekventnog kodiranja podatkovnih blokova, koja je nadopunjena vremenskom raznolikošću s pomakom frekvencije kada se istovremeno koriste četiri antene. Raznolikost se obično koristi na uobičajenim downlinkovima gdje se funkcija planiranja ne može primijeniti ovisno o stanju veze. Pri čemuraznolikost prijenosa može se koristiti za slanje korisničkih podataka, kao što je VoIP promet. Zbog relativno niskog intenziteta takvog prometa, dodatni troškovi povezani s prethodno spomenutom funkcijom planiranja ne mogu se opravdati. Uz raznolikost podataka, moguće je povećati radijus ćelija i kapacitet mreže.
Multistream prijenos za istovremeni prijenos većeg broja tokova informacija preko jednog radio kanala uključuje korištenje nekoliko prijemnih i odašiljačkih antena smještenih u terminalnom uređaju odnosno baznoj mrežnoj stanici. Time se značajno povećava maksimalna brzina prijenosa podataka. Na primjer, ako je terminalni uređaj opremljen s četiri antene i takav broj je dostupan na baznoj stanici, tada je sasvim moguće istovremeno odašiljati do četiri toka podataka preko jednog radio kanala, što zapravo omogućuje četverostruko povećanje njegove propusnosti.
Ako koristite mrežu s malim opterećenjem ili malim ćelijama, tada zahvaljujući multi-streamingu možete postići dovoljno visoku propusnost za radijske kanale, kao i učinkovito koristiti radio resurse. Ako postoje velike ćelije i visok stupanj opterećenja, kvaliteta kanala neće dopustiti multistream prijenos. U ovom slučaju, kvaliteta signala može se poboljšati korištenjem više odašiljačkih antena za formiranje uskog snopa za prijenos podataka u jednom toku.
Ako uzmemo u obzirLTE mreža - što joj to daje za postizanje veće učinkovitosti - onda je vrijedno zaključiti da za visokokvalitetan rad u različitim radnim uvjetima, ova tehnologija implementira prilagodljivi multi-stream prijenos, koji vam omogućuje stalno prilagođavanje broja streamova koji se istovremeno prenose, u skladu s konekcijama stanja kanala koji se stalno mijenjaju. Uz dobre uvjete veze, do četiri toka podataka mogu se prenositi istovremeno, postižući brzine prijenosa do 300 megabita u sekundi uz propusnost od 20 megaherca.
Ako stanje kanala nije tako povoljno, tada se prijenos obavlja s manje streamova. U ovoj situaciji, antene se mogu koristiti za formiranje uskog snopa, poboljšavajući ukupnu kvalitetu prijema, što u konačnici dovodi do povećanja kapaciteta sustava i proširenja područja usluge. Da biste osigurali velika područja radio pokrivenosti ili prijenos podataka velikom brzinom, možete prenijeti jedan tok podataka uskim snopom ili koristiti raznolikost podataka na uobičajenim kanalima.
Mehanizam za prilagodbu i slanje komunikacijskog kanala
Načelo rada LTE mreža pretpostavlja da će zakazivanje značiti raspodjelu mrežnih resursa između korisnika za prijenos podataka. To omogućuje dinamičko raspoređivanje u nizvodnim i uzvodnim kanalima. LTE mreže u Rusiji trenutno su konfigurirane na način da uravnoteže komunikacijske kanale i sveukupnoukupna izvedba sustava.
LTE radio sučelje pretpostavlja implementaciju funkcije planiranja ovisno o stanju komunikacijskog kanala. Omogućuje prijenos podataka velikim brzinama, što se postiže korištenjem modulacije visokog reda, prijenosom dodatnih tokova informacija, smanjenjem stupnja kodiranja kanala i smanjenjem broja retransmisija. Za to se koriste frekvencijski i vremenski resursi koje karakteriziraju relativno dobri komunikacijski uvjeti. Ispada da se prijenos bilo koje određene količine podataka obavlja u kraćem vremenskom razdoblju.
LTE mreže u Rusiji, kao iu drugim zemljama, izgrađene su na način da promet usluga koje su zauzete prosljeđivanjem paketa s malim teretom nakon istih vremenskih intervala može zahtijevati povećanje količine signalnog prometa koji je potreban za dinamičko raspoređivanje. Može čak i premašiti količinu informacija koje korisnik emitira. Zato postoji takva stvar kao što je statičko raspoređivanje LTE mreže. Što je to, postat će jasno ako kažemo da je korisniku dodijeljen RF resurs dizajniran za prijenos određenog broja podokvirova.
Zahvaljujući mehanizmima prilagodbe moguće je "iscijediti sve moguće" iz kanala s kvalitetom dinamičke veze. Omogućuje vam odabir sheme kodiranja kanala i modulacije u skladu s komunikacijskim uvjetima koje karakteriziraju LTE mreže. Što je to, postat će jasno ako kažemo da njegov rad utječeo brzini prijenosa podataka, kao i o vjerojatnosti bilo kakve greške na kanalu.
Snaga i regulacija uzlazne veze
Ovaj aspekt se odnosi na kontrolu razine snage koju emitiraju terminali kako bi se povećao kapacitet mreže, poboljšala kvaliteta komunikacije, povećalo područje radio pokrivenosti, smanjila potrošnja energije. Kako bi postigli ove ciljeve, mehanizmi kontrole snage nastoje maksimizirati razinu korisnog dolaznog signala uz istovremeno smanjenje radio smetnji.
LTE mreže Beeline-a i drugih operatera pretpostavljaju da signali uzlazne veze ostaju ortogonalni, odnosno da ne bi trebalo postojati međusobne radio smetnje između korisnika iste ćelije, barem za idealne komunikacijske uvjete. Razina smetnji koju stvaraju korisnici susjednih ćelija ovisi o tome gdje se odašiljački terminal nalazi, odnosno o tome kako njegov signal slabi na putu do ćelije. Na potpuno je isti način uređena i Megafon LTE mreža. Ispravno bi bilo reći ovo: što je terminal bliži susjednoj ćeliji, to će biti veća razina smetnji koje stvara u njoj. Terminali koji su udaljeniji od susjedne ćelije mogu odašiljati jače signale od terminala koji su joj u neposrednoj blizini.
Zbog ortogonalnosti signala, uplink može multipleksirati signale s terminala različite jačine u jednom kanalu na istoj ćeliji. To znači da nema potrebe kompenzirati skokove razine signala,koji nastaju zbog višestaznog širenja radio valova, a možete ih koristiti za povećanje brzine prijenosa podataka koristeći mehanizme prilagodbe i rasporeda komunikacijskih kanala.
Podatkovni releji
Gotovo svaki komunikacijski sustav, a LTE mreže u Ukrajini nisu iznimka, s vremena na vrijeme napravi pogreške u procesu prijenosa podataka, na primjer, zbog blijeđenja signala, smetnji ili šuma. Zaštita od pogrešaka osigurava se metodama ponovnog prijenosa izgubljenih ili oštećenih informacija, osmišljenih kako bi se osigurala visoka kvaliteta komunikacije. Radio resurs se koristi mnogo racionalnije ako je protokol prijenosa podataka organiziran učinkovito. Kako bi se maksimalno iskoristilo zračno sučelje velike brzine, LTE tehnologija ima dinamički učinkovit dvoslojni sustav prijenosa podataka koji implementira Hybrid ARQ. Sadrži niske troškove potrebne za pružanje povratnih informacija i ponovno slanje podataka, zajedno s visoko pouzdanim protokolom selektivnog ponovnog pokušaja.
Protokol HARQ daje prijemnom uređaju suvišne informacije, omogućujući mu da ispravi sve specifične pogreške. Ponovni prijenos putem HARQ protokola dovodi do formiranja dodatne redundantnosti informacija, koja može biti potrebna kada ponovni prijenos nije bio dovoljan za uklanjanje pogrešaka. Ponovni prijenos paketa koji nisu ispravljeni HARQ protokolom se izvodi sakorištenjem ARQ protokola. LTE mreže na iPhoneu rade prema gore navedenim principima.
Ovo rješenje omogućuje vam da jamčite minimalno kašnjenje prijevoda paketa s malim troškovima, dok je pouzdanost komunikacije zajamčena. Protokol HARQ vam omogućuje da otkrijete i ispravite većinu pogrešaka, što dovodi do prilično rijetke upotrebe ARQ protokola, jer je to povezano sa značajnim troškovima, kao i povećanjem vremena kašnjenja tijekom prijevoda paketa.
Bazna stanica je krajnji čvor koji podržava oba ova protokola, osiguravajući čvrstu vezu između slojeva dvaju protokola. Među raznim prednostima takve arhitekture je velika brzina otklanjanja grešaka koje su ostale nakon rada HARQ-a, kao i podesiva količina informacija koje se prenose korištenjem ARQ protokola.
LTE radio sučelje ima visoke performanse zbog svojih glavnih komponenti. Fleksibilnost korištenja radio spektra omogućuje korištenje ovog radio sučelja s bilo kojim raspoloživim frekvencijskim resursom. LTE tehnologija pruža niz značajki koje omogućuju učinkovito korištenje komunikacijskih uvjeta koji se brzo mijenjaju. Ovisno o stanju veze, funkcija planiranja korisnicima daje najbolje resurse. Korištenje tehnologije s više antena dovodi do smanjenja blijeđenja signala, a uz pomoć mehanizama prilagodbe kanala moguće je koristiti metode kodiranja i modulacije signala koje jamče optimalnu kvalitetu komunikacije u određenim uvjetima.
